Magnetically enhanced electrochemical fluidized bed reactors for electro-enzymatic syntheses including gaseous phases

Hauptziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung, Charakterisierung und exemplarische Anwendung eines magnetisch verstärkten elektrochemischen Wirbelschichtreaktors für die elektro-enzymatische Synthese. Der Reaktor wird eine neuartige Variante eines partikelbasierten elektrochemischen Reaktors realisieren, der die Vorteile der sehr hohen volumenspezifischen Elektrodenoberfläche von Partikelelektroden mit den guten Misch- und Stofftransporteigenschaften von z.B. Blasensäulenreaktoren kombiniert. Die vorteilhafte Kombination ergibt sich aus der Fluidisierung der Partikelelektrode bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit aufgrund einer magnetisch induzierten Verkettung der Partikel. Im Vergleich zu Reaktoren, bei denen eine Aneinanderreihung von Flachelektroden verwendet wird, ist das Scale-up einer Partikelelektrode einfach und kostengünstig. Die Effizienz des neuartigen Reaktorkonzepts für die elektro-enzymatische Synthese wird durch die In-situ-Erzeugung von Wasserstoffperoxid demonstriert, das für Oxyfunktionalisierungsreaktionen mit Peroxygenasen benötigt wird. Das gesamte Projekt wird sich durch eine enge Rückkopplung zwischen experimentellen Ergebnissen und multiphysikalischen Modellierungsansätzen auszeichnen.

Publikationen

Tschöpe A, Franzreb M (2021) Influence of non-conducting suspended solids onto the efficiency of electrochemical reactors using fluidized bed electrodes. Chemical Engineering Journal: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130322

Klaiber M, Tschöpe A, Cu K, Waibel I, Heißler S, Franzreb M, Lahann J (2022) Multifunctional Core–Shell Particle Electrodes for Application in Fluidized Bed Reactors. ACS Applied Engineering Materials: https://doi.org/10.1021/acsaenm.2c00072    

Sapotta B, Schwotzer M, Franzreb M (2022) Practical Insights into the Impedance Response of Interdigitated Electrodes: Extraction of Relative Static Permittivity and Electrolytic Conductivity. Electroanalysis: https://doi.org/10.1002/elan.202200102

Greifenstein R, Ballweg T, Hashem T, Gottwald R, Achauer D, Kirschhöfer F, Nusser M, Brenner-Weiß G, Sedghamiz E, Wenzel W, Mittmann E, Rabe K, Niemeyer C, Franzreb M, Wöll C (2022) MOF-Hosted Enzymes for Continuous Flow Catalysis in Aqueous and Organic Solvents. Angewandte Chemie: https://doi.org/10.1002/anie.202117144

Bolat S, Greifenstein R, Franzreb M und Holtmann D (2023) Process intensification using immobilized enzymes. Physical Sciences: https://doi.org/10.1515/psr-2022-0110

Sayoga G, Abt M, Teetz N, Bueschler V, Liese A, Franzreb M, Holtmann D (2023) Quantitative and non-quantitative assessments of enzymatic electrosynthesis: a case study of parameter requirements. ChemElectroChem: e202300226. https://doi.org/10.1002/celc.202300226

Abt M, Franzreb M, Jestädt M, Tschöpe A (2023) Three-phase fluidized bed electrochemical reactor for the scalable generation of hydrogen peroxide at enzyme compatible conditions. Chemical Engineering Journal: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146465

Partner

KIT Karlruher Institut für Technologie

Karlsruhe Institute of Technology
Institute of Functional Interfaces

Mitarbeitende

Prof. Dr. Matthias Franzreb

Prof. Dr. Matthias Franzreb

Karlsruhe Institute of Technology
Institute of Functional Interfaces

Dr.-Ing André Tschöpe

Dr.-Ing André Tschöpe

Karlsruhe Institute of Technology
Institute of Functional Interfaces

Michael Abt

Karlsruhe Institute of Technology
Institute of Functional Interfaces

Weitere Projekte